تهدف التجارب العالمية على الفوتون الذي يبلغ طوله الموجي 21 إلى قياس شدة إشعاع هذا الفوتون في أوقات مختلفة من تاريخ الكون وملاحظة تغيراته مع تمدد الكون وتكون النجوم الأولى. إنها تجربة بسيطة وصعبة في الوقت نفسه فهي بسيطة من حيث المفهوم، ولكنها تتطلب الكثير والكثير من حيث التنفيذ. لقد قدمت عددًا لا يحصى من العروض التقديمية حول التلسكوبات الرائدة في تحقيق أول اكتشاف للنجوم الأولى، لكنني لم أناقش أي تجارب عالمية مطلقًا. ومع ذلك، تلقيتُ في فبراير 2018 مكالمة هاتفية من أحد الصحفيين، يطلب تعليقًا على أول اكتشاف للنجوم الأولى من خلال تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي. وعصر إعادة التأين هو الفترة التي عملت فيها النجوم الأولى على تسخين الغاز المحيط بها وتأينه.
حظرت الدراسة ولم تصدر على الفور، وهو ما كان يعني أنني سأحظى بشرف قراءتها قبل معظم زملائي، وهنا تحوّل صمتي من هول الصدمة إلى شعور عارم بالإثارة. لم أستطع احتواء حماستي وقفزتُ في جميع أرجاء المنزل. لقد كانت تجربة منافسة لتلك التي عكفت على العمل فيها طوال العقد الماضي. ولكن شعور الإثارة الذي حفزته فكرة التوصُّل أخيرًا إلى بعض البيانات من هذا العصر، وإزاحة الستار قليلًا عن تلك الحقبة، كان فيما يبدو شعورًا جماعيا وليس حكرًا عليَّ وحدي. لقد نجحت تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي في قياس درجة حرارة الغاز بعد 180 مليون سنة من الانفجار العظيم. وقد عثرتُ على ذلك الموضع على عجلة الطيف الكوني الذي بدأ عنده اللون الأحمر الداكن للغاز البارد يتحول إلى اللون الأزرق الساطع للكون الساخن، معلنا عن تكون النجوم الأولى. وهكذا توصلوا إلى نهاية العصور المظلمة، وسطوع أول أشعة الفجر الكوني.
تشبه تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي آلة السفر عبر الزمن «تارديس» (ظهرت هذه الآلة في المسلسل التلفزيوني الممتع دكتور «هُو»). فهي تتكون من هوائيين متماثلين في التكوين مختلفين في النطاق: أحدهما مضبوط على الترددات العالية لعصر إعادة التأين والهوائي الآخر المنخفض النطاق مضبوط على فوتونات العصور المظلمة المنخفضة التردد. ويشبه كل منهما في جوهره طاولة معدنية. فهناك هوائيان أفقيان يستندان على هيكل داعم بالإضافة إلى لوح أرضي من المعدن يهدف إلى تقليل التداخل الناتج عن البيئة الشديدة الهدوء في صحراء أستراليا الغربية. يتملكني شعور بالصدمة في كل مرة أنظر فيها إلى صورة أحدهما. مجرد طاولة في الصحراء! ويمكنها الرجوع إلى بدايات كوننا! عندما تقارن هذه التجربة بمسبار هابل المتطور الموجود في الفضاء، فستجد أنها تجربة متواضعة من حيث الحجم والتكلفة والإبهار، ولكنها ليست كذلك من حيث النتائج. فقد قاست تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي درجة حرارة الهيدروجين على مدى حوالي 100 مليون سنة، مقارنةً بدرجة حرارة الخلفية (عادة ما يُفترض أنها مجرد إشعاع الخلفية الكونية الميكروي). فإذا تجاوزت درجة حرارة الدوران المغزلي درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، فإننا نلاحظ أن درجة الحرارة موجبة؛ أي إن الهيدروجين في حالة انبعاث». ومع ذلك، إذا كانت درجة حرارة الدوران المغزلي أقل من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، فإننا نلاحظ أن درجة الحرارة سالبة؛ أي إن الهيدروجين في حالة امتصاص». ولكن لا يمكننا أحيانًا رؤية درجة حرارة الدوران المغزلي على الإطلاق في الجدول الزمني، حيث تكون مساوية لدرجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي .... وتكون درجة الحرارة الإجمالية المقيسة صفرا.
أثناء تشكل النجوم الأولى، كانت درجة حرارة الغاز منخفضة إلى أدنى مستوى. كان الكون يتمدد، مما سمح للغاز بشغل مساحة أكبر وانخفاض درجة حرارته. يُنتج الغاز الموجود بين النجوم، أي ما تبقى من السحب الغازية غير المحظوظة، إشارة أقل من إشارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، مما يدل على أنه في حالة امتصاص. وسجلت تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي درجة الحرارة باستخدام مجموعة متنوعة من الترددات خلال عملية الرصد عندما تتحرك نحونا هذه الفوتونات ذات الطول الموجي21سم، أو التردد 1420 ميجاهرتز، عليها أن تقاوم تمدد الكون: وكأنها تصعد سلما متحركا يتجه إلى الأسفل. وهذا يُفقدها طاقة، مما يعني اكتساب المزيد من الطول الموجي. نطلق على هذه الزيادة في الطول الموجي اسم الانزياح نحو الأحمر»، وهو تأثير شهدناه لأول مرة في تراجع المجرات وانحسارها يمكننا الاستفادة بهذا الانزياح نحو الأحمر عن طريق ضبط التلسكوب على الأطوال الموجية أو الترددات المختلفة للفوتونات لاستكشاف أزمنة مختلفة. فالفوتون المنبعث بعد 180 مليون سنة من الانفجار العظيم سيصل إلينا الآن بطول موجي 4,5 أمتار، أو تردد 68 ميجاهرتز والفوتون المنبعث بعد 100 مليون سنة ستكون فترة مقاومته للتمدد أقل، ومن ثَمَّ سيفقد طاقة أقل ويصل إلينا بطول موجي 3.2 أمتار، أو تردد 92 ميجاهرتز. اكتشفت تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي إشعاعًا ضمن هذه الترددات، وسجلت أدنى درجة حرارة، مما يعني أنه كان في حالة امتصاص. تدل درجة الحرارة الدنيا هذه أنه قبل تشكل النجوم الأولى، أي عند النقطة (أ) في شكل 2 كانت درجة حرارة الدوران المغزلي مساوية لدرجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، ولذا كانت درجة الحرارة المقيسة صفرًا. وبعد 180 مليون سنة من الانفجار العظيم، وهو ما تمثله النقطة (ب)، اكتشفت تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي امتصاصًا حادا ؛ حيث انفصلت درجة حرارة الدوران المغزلي عن درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي واقترنت بدرجة حرارة الغاز بسبب فوتونات الأشعة فوق البنفسجية للنجوم الأولى التي عملت على تسخين الغاز وتغيير حالات الدوران المغزلي من خلال تأثير فوتهايسين - فيلد كان هذا الامتصاص الحاد هو الإشارة التي كنا نبحث عنها النقطة التي أصبحت عندها فوتونات الأشعة فوق البنفسجية هي الآلية السائدة لتحديد درجة حرارة الغاز. لقد ظهرت النجوم الأولى بعد 180 مليون سنة من الانفجار العظيم، وسرعان ما جعلت درجة حرارة الغاز تضاهي درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، ثم تجاوزتها، النقطة (ج). يمكننا الآن إضافة علامة مميزة في طيف باترسون تحدد نهاية العصور المظلمة بمزيد من الثقة. ويُعَدُّ هذا أول تأثير مباشر لظهور النجوم الأولى. فالانخفاض الحاد في درجة الحرارة يميط اللثام عن عصر خفي ويمدنا بمعلومة أساسية، وهي تاريخ نشأتها.

شكل 1 درجة حرارة الإشعاع ذي الطول الموجي 21سم (T21). نرصد درجة حرارة غاز الهيدروجين (T_spin) مقارنة بإشعاع الخلفية الكونية الميكروي ( T_CMB). في بداية الكون، رصدت درجة حرارة الهيدروجين وهو في حالة امتصاص، ولكن بمجرد أن بدأت النجوم الأولى في تسخين الغاز حتى أصبحت درجة حرارته أعلى من درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، انتقلت الإشارة إلى حالة انبعاث.


الشكل 2: الاكتشاف الخاص بتجربة رصد تأثري عصر إعادة التأين العاملي (الخط الأسود). لم يتمك ٌّ ن أي من النماذج النظرية التي عدت ما قبل فبراير 2018 (الخطوط الرمادية) من ُ إنتاج منخفَض طيفي بهذا العمق مجدد َّ ا، ولم يتكرر في أي نموذج حتى الآن شكل هذا القاع المسطح.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

قسم صناعة الشبابيك يواصل أعمال تصنيع بابٍ لحرم مرقد الإمامين الجوادين (عليهما السلام)

قسم العلاقات ينظّم برنامجًا ثقافيًّا لوفد من طلبة مجموعة العميد

قسم الشؤون الفكرية وجامعة العميد يصدران العدد 37 من مجلة تسليم المحكمة

متحف الكفيل يواصل أعمال تركيب عارضات مقتنيات متحف العتبة العسكرية المقدسة

المزيد

الآخبار الصحية

علاج طبيعي لمشكلات البشرة وحب الشباب

اكتشاف ارتباط عنصر شائع في نظامنا الغذائي بحصوات المرارة

كل ليلة.. 11 دقيقة إضافية من النوم لها مفعول السحر

علاج طبيعي يخفف أعراض سكري الحمل

المزيد

الآخبار التكنلوجية

قمر وردي ومذنب يلامس الشمس.. 8 ظواهر فلكية تزين السماء طوال شهر أبريل

تفسير حديث لتحيز التوحد بين الجنسين.. هل تمتلك الإناث "درعا جينيا" ضد المرض؟

الجلوس الذهني النشط.. مفتاح تقليل خطر الخرف لدى كبار السن

خسائر غير مسبوقة للجليد في أيسلندا وسواحل المحيط الهادئ خلال 2025

المزيد

مواضيع ذات صلة

درجة حرارة الدوران المغزلي

قياس درجة حرارة الكون

العصور المظلمة

إشعاع الخلفية الكونية الميكروي

تمدد الكون

مادة عازلة بيضاء

اتساع الأفق

خطوط امتصاص الكورونيوم

كسوف الشمس واكتشافاته

الاكليل الشمسي و وهم الكورونيوم

هل كان هناك تمدد انتفاخي؟

مشاكل النظرية ("نظرية الكون الانتفاخي")